1、1,总复习,2,2.2 常用的基本定律与定则,2.2.1 电机磁场的描述,电流 磁场,用磁场线描述,磁通:,S 与磁场线垂直的某面积（m2 ),（T）,通过磁场中某一面积的磁场线的总数。 单位：Wb。,(1) 磁感应强度 BB：矢量。,其数值 B 表示磁场的强弱， 其方向表示磁场的方向。,在均匀磁场中：, 磁通密度,3,H ：矢量。,0= 4107 H / m,方向与B 的方向相同。,单位：A/m。 磁导率：, 真空中的磁导率:,(2) 磁场强度 H,H 的大小：,只与产生该磁场的电流大小成正 比，与介质的性质无关。,B 的大小：,不仅与产生该磁场的电流大小有关， 还与介质的性质有关。,（H
2、/ m）,4,铁磁材料的磁性能,1.高导磁性,2.3 铁磁材料的特性,高导磁性、磁饱和性、磁滞性、非线性,铁磁物质的磁化铁磁材料在外磁场中 呈现很强的磁性，此现象称为铁磁物质的磁化。, 0, 铸钢： 10000 硅钢片： (6000 7000)0,5,当外磁场（或励磁电流）增大到一定值时，磁性材料的全部磁畴的磁场方向都转向与磁场的方向一致，磁化磁场的磁感应强度BJ达到饱和值。,2.磁饱和特性,注,B,H,图0.2 铁磁材料的磁化曲线,a,b,c,d,当有磁性物质存在时 B与H不成比例，与I也不成比例。,6,3.磁滞特性,磁感应强度滞后于磁场强度变化的性质称磁性物质的磁滞性。,磁滞回线:呈现磁滞
3、现象的B-H闭合回线.,剩磁,矫顽 力,图0.3 铁磁材料的磁滞回线,基本磁化曲线,7,一、 直流电动机的工作原理,E,+,N,S,电刷,换向片,A,B,1,2,电枢线圈,8,注意：换向片和线圈固定联接，线圈无论怎样转动，总是上半边的电流向里，下半边的电流向外。电刷压在换向片上。,由左手定则，通电线圈在磁场的作用下， 使线圈逆时针旋转。,9,用右手定则判 感应电动势e的方向,电枢绕组 电阻Ra,输出电压,N,S,A,B,1,2,二、 直流发电机的工作原理,+,-,10,直流电动机的各种主要部件图,11,他励电机：励磁绕组与电枢绕组的电源分开。,并励电机：励磁绕组与电枢绕组并联到同一电源上。,串
4、励电机：励磁绕组与电枢绕组串联接到同一电源上。,复励电机：励磁绕组与电枢绕组的联接有串有并，接在同一电源上。,直流电机的励磁方式,3.3 直流电机的磁场和基本方程式,12,U=Ea+-IaRa,13,3.6.2 并励直流电动机的工作特性,直流电动机的工作特性，是指在U=UN， 时, 转速n、电磁转矩T和效率 随电枢电流 而变化的关系。,1 转速特性,条件：,2 转矩特性,3 效率特性,思考：并励直流电动机的励磁绕组可否允许开路运行？为什么？,14,3.6.3 串励直流电动机的工作特性,特点：,1. 转速特性,当Ia较小时，,可得,根据,思考：串励直流电动机可否允许空载运行？为什么？,15,3.
5、8.3 并励直流发电机的自励过程和自励条件,自励过程：并励发电机建立电压的过程。,定义：,自励条件：满足建压的条件。,1、自励过程：,16,由以上分析可知并励发电机的自励条件：,1）电机必须有剩磁。,2）励磁绕组的接线与电枢旋转方向必须正确配合，以使励磁电流产生的磁场方向与剩磁方向一致。,3）励磁回路的电阻应小于与电机运行转速下相对应的临界电阻。,2、自励条件：,17,对于旋转运动，方程式为,又因为,惯性转矩（或称加速转矩）,所以,式中 GD2飞轮转矩 Nm2,二、运动方程式,对于直线运动，方程式为,式中 F拖动力 FZ阻力,惯性力 m的单位为kg,18,电动机的工作状态可由运动方程式判断,（
6、1） 当 T=TL ，,电力拖动系统稳定运行,（2） 当 TTL ，,电力拖动系统加速运行,（3） 当 TTL ，,电力拖动系统减速运行,三、运动方程的物理意义,19,2.直流电动机的起动方法,降压起动,适用于电动机的直流电源是可调的，投资较大，但起动过程中能量损耗较少。,电枢串电阻起动,起动过程中有能量损耗，现在很少用。,20,直流电动机电枢串电阻起动,21,4.2 他励直流电动机的制动,1. 能耗制动,在制动时，将闸刀合向下方，这时电机实际处于发电机运行状态，将转动部分的动能转换成电能消耗在电阻和电枢回路的电阻上，所以称为能耗制动。,2）机械特性分析,1) 原理,22,1)电压反接制动,过
7、程分析：,将正在正向运行的他励直流电动机电枢回路的电压突然反接，电枢电流也将反向，主磁通不变，则电磁转矩反向，产生制动转矩。,机械特性分析：,反接前：,反接后：,限流电阻：,2. 反接制动,23,3.回馈制动：,1)正向回馈制动：2）反向回馈制动：,他励直流电动机拖动负载运行，电机将系统具有的动能反馈回电网，且电机仍为正向转动，称之为正向回馈制动。如图,他励直流电动机拖动位能性恒转矩负载运行，采用电压反接制动，电机将系统具有的动能反馈回电网，电机为反向转动，称之为反向回馈制动。如图,24,二、他励直流电动机的调速方法,电枢回路串电阻调速 改变电枢电压调速 改变气隙磁通调速,依据：,25,1.
8、电枢回路串电阻调速,电枢回路串联电阻越大，机械特性的斜率越大，因此在负载转矩恒定时，即为常数，增大电阻，可以降低电动机的转速。,26,电枢串电阻调速特点,电流的变化：负载TL不变，平衡状态要求T不变，Ia不变平衡时电枢电流由负载决定。 优点：设备简单、操作简单。 缺点：特性变软，只能降速，不易连续调速，有损耗。,27,2.降低电枢电压调速,降低电枢电压时，电动机机械特性平行下移。负载不变时，交点也下移，速度也随之改变。,电流的变化：负载TL不变，平衡状态要求T不变，Ia不变平衡时电枢电流由负载决定。 优点：调速后，转速稳定性不变、无级、平滑、损耗小。 缺点：只能下调，且专门设备，成本大。（可控
9、硅调压调速系统）,28,3. 弱磁调速,特点：,1）由于励磁回路的电流很小，只有额定电流的（13）%，能量损失很小；,2）可无级(平滑)调速；,3）转速只能由额定磁通时对应的速度向高调，而电动机最高转速要受到电机本身的机械强度及换向的限制。,29,空载运行：原绕组加额定电压，副绕组开路的运行情况称为空载运行,5.3 变压器的空载运行,N1,N2,一、空载运行的物理过程,30,主磁通：以铁心为磁路，同时交链着一次绕组和二次绕组 漏磁通：以空气或变压器油为磁路，只与一次绕组相交链,：空载电流、励磁电流,1）性质上： 与 成非线性关系； 与 成线性关系； 2）数量上： 占99%以上， 仅占1%以下；
10、 3）作用上： 起传递能量的作用， 起漏抗压降作用。,主磁通与漏磁通的区别,31,5.4.1 负载运行时的物理过程,32,综合分析， 变压器稳态运行时的六个基本方程式,各电磁量之间同时满足这六个方程,利用 ，k，Z1，Z2，Zm，ZL求解出,33,1. 变压器的绕组归算,所谓把二次侧归算到一次侧是指：在不改变变压器电磁关系和能量传递关系的前提下，把二次绕组的匝数变成与一次绕组的匝数相同，相当于一台变比k=1的变压器。,2.变压器的等效电路,二次侧归算到一次侧后，二次侧的电势和电压应乘以k倍，电流乘以1/k倍，阻抗乘以k2倍。,归算后基本方程,A. T形等效电路,34,变压器的等效电路和相量图,
11、B. 近似等效电路,C. 简化等效电路 （变压器满载及短路时）,35,变压器的端头标号,36,三相绕组的联结方式： 星形连接方式：以高压绕组为例，把三相绕组的个末端X、Y、Z连在一起，结成中点，而把它们的三个首端A、B、C引出，便是星形连接，以符号Y表示； 三角形连接方式：如果把一相的末端和另一相首端连接起来，顺序形成一闭合电路，称为三角形连接，用D表示。 注意：相应的对于低压侧而言，用 y,d表示。,37,绕组的极性,38,3、变压器的联结组：1）变压器的联结组：三相变压器高、低压绕组对应的线电动势之间的相位差，通常用时钟法来表示，称为变压器的联结组。 2）时钟法：即把高压绕组的线电动势相量
12、作为时钟的长针，且固定指向12的位置，对应的低压绕组的线电动势相量作为时钟的短针，其所指的钟点数就是变压器联结组的标号。,39,5.6.2 三相变压器的联结组三相变压器的联结组高、低绕组对应线电动势之间的相位差，不仅与绕组的极性（绕法）和首末端的标志有关，而且与绕组的连接方式有关。1）、Y，y接法如图所示：,40,当各相绕组同铁心柱时，Y，y接法有两种情况。1）、高、低压绕组同极性端有相同的首端标志，高、低压绕组相电动势相位相同，则高、低压绕组对应线电动势和也同相位，其联结组为Y，y0。2）、同极性端有相异的端点标志，高、低压绕组相电动势相位相反，则对应的线电动势和相位也相反，因此其联结组为Y
13、，y6。,41,如果高低绕组的三相标记不变，将低压绕组的三相标记依次轮换，如ba，cb，ac；yx，zy，xz，则可得到其他联结组别，例如Y，y4；Y，y8；Y，y10；Y，y2等偶数联结组。 2）、Y，d接法,42,三相异步电动机的基本结构,43,（二）工作原理,（1）电磁转矩的产生,* 用右手定则判断转子绕组中感应电流的方向,* 用左手定则判断转子绕组受到的电磁力的方向,电磁力电磁转矩T T与 n1 同方向。,44,三相异步电动机的同步转速,表4.3.1 同步转速,p为任意值时,45,T型等效电路,46,6.5 三相异步电动机的功率和电磁转矩,（一）功率关系,47,转子绕组中的铜损耗为：,
14、电机转轴上总的机械功率为：,输出功率为：,摩擦损耗为,附加损耗为,48,三相异步机的起动方法：,（1） 直接起动。二三十千瓦以下的异步电动机一般采用直接起动。,（3）转子串电阻起动。,49,只有正常运行时定子绕组三角形接法，且三相绕组首尾六个端子全部引出来的电动机才能采用Y-起动器起动。 采用Y-起动器起动时，起动电流降为直接起动的1/3，起动转矩亦降为直接起动时的1/3。,星-三角起动器起动,50,51,采用自耦变压器起动时，电动机的起动转矩、起动电流为全压直接起动的1/a2。 a为自耦变压器的变比。,自耦变压器起动,52,转子串电阻起动,起动时将适当的R串入转子绕组中，起动后将R短路。,5
15、3,转子串电阻起动的特点：,（2）R2选的适当，转子串电阻既可以降低起动电流，又可以增加起动力矩。,54, 6.9 三相异步电动机的调速,3. 改变电源频率 (变频调速) 无级调速,55,1. 变级调速 变极调速的设备简单，只要一个转换开关，操作方便，工作可靠。其缺点是调速不平滑，属于有级调速方式。,56,2. 变转差率调速 改变感应电动机的端电压调速 转子回路串电阻调速 串级调速,改变端电压时转差率改变,变极时转差率改变,57,3. 改变电源频率 (变频调速) 无级调速,变频电源,可变,此种调速方法发展很快，且调速性能较好。其主要环节是研制变频电源（常由整流器、逆变器等组成）。,58,制动方
16、法：1. 抱闸：加机械抱闸； 2. 反接制动：停车时，将电动机接电源的任意 两相反接，使电动机由原来的旋转方向反过来，以达制动的目的；, 6.10 三相异步电动机的制动,59,4.发电反馈制动：令电机转子的转速超过旋转磁场的同步转速，便会产生制动转矩。,3. 能耗制动：停车时，断开交流电源，接至直流电源上，产生制动转矩；,60,同步电机,旋转电枢式,旋转磁极式,隐极式,凸极式,同 步 电 机,同步发电机（机械能 电能）,同步电动机（电能 机械能）,同步调相机（改善电网功率因数）,2.主要分类：,1.同步电机：转子转速（n）与电枢绕组感应电势的频率 （f）严格成正比的电机。,7.1 同步电机的类
17、型和构造,按用途,按结构,61,转子通直流电流If,电枢感 应电动势,随转子旋转 角速度,三相对称 负载运行时,旋转基波 磁动势,三相对称 电枢电流iabc,(同步电机),7.3 同步电机的工作原理,同步发电机,62,同步机的定子（电枢）和三相异步电动机的一样；而它的转子是磁极，由直流励磁。,同步电动机,定子三相绕组通入三相交流电,若转子磁场的磁极对数与定子磁场的磁极对数相等。,63,j,Y,:,;,:,0,与负载有关；,的时间相位角,与,是,外功率因数角,与电机参数,与,是,内功率因数角,d,功率角(功角),:,0,三者关系,的时间相位角。,与,U,E,I,U,I,E,几个基本概念,的时间相
18、位角，,及负载有关。,64,二电枢反应,电枢反应:同步发电机负载时电枢磁通势的基波在气隙中所产生的磁场对主磁场基波的影响，称为电枢反应。 气隙磁通的大小及位置均发生变化。,65,结论：Fa=Faq ，为交轴电枢磁势，产生交轴电枢反应，“交磁作用”，使气隙磁场“歪扭”,1.内功率因数角=0o时(负载为纯阻性),66,2.内功率因数角=90o时(负载为纯感性),结论： Fa=Fad 直轴去磁电枢反应。,滞后,90o,67,3. 内功率因数角 90o时(负载为容性),结论： Fa=Fad 直轴助磁电枢反应。,超前,90o,68,4.内功率因数角：90o - 90o时,69,70,当角为不同值的电枢反
19、应,71,采用发电机惯例，以输出电流作为电枢电流的正方向时，电枢的电压方程为,因,可,-电枢反应电抗,称为隐极同步电机的同步电抗，不计 饱和时，是一个常值。,Xs=Xa+X,72,不考虑磁饱和时同步发电机负载运行时物理量的关系：,二、凸极同步发电机的电压方程和相量图,73,-交轴同步电抗,-直轴同步电抗,74,返回,凸极同步发电机的向量图,75,引入虚拟电动势 ，,使,确定内功率因数角,可得,对应的相量图如图所示,由此得凸极同步发电机的等效电路，如图所示,76,返回,角的确定,77,7.8.1 投入并联的条件和方法,(1) 波形相同 (2) 频率相同 (3) 幅值相同 (4) 相位相同 (5)
20、 相序相同,1. 并联条件,发电机端电压与电网电压满足以下条件：,78,整步过程：为了将发电机投入并联运行所进行的调节和操作过程。,准确整步法：将发电机调到完全符合投入并联条件，然后投入电网。,自整步法：先验证发电机相序，拖到同步转速，然后直接加入电网。,79,准确同步法直接接法,接线图,向量图,电机各端与电网同相端对应，三灯泡同时亮、暗，当灯泡亮、暗频率很低并且灯泡变暗的瞬间为合闸的最佳时机。,2.并联方法,80,接线图,向量图,准确同步法交叉接法,一相灯泡同端连接，另外两组交叉连接，三组灯泡依次亮、暗，当三组灯泡亮度旋转速度很慢且第一组灯泡变暗的瞬间为合闸的最佳时机。,81,7.9.2 同
21、步发电机的功角特性,功角特性：当E0和U保持不变时，发电机发出的电磁功率和功率角之间的关系,忽略定子电阻时，,82,由凸极机向量图，有,代入上式，得功角特性表达式,基本电磁功率,附加电磁功率,83,静态稳定的条件,静态稳定极限点：,其对应的功率称为静态稳定极限功率,当电网或原动机偶然发生微小扰动时，若在扰动消失后发电机能自行回复到原运行状态稳定运行，则称发电机是静态稳定的；反之，就是不稳定的。,整步功率系数,84,2 工作方式,步进电动机的工作方式可分为：三相单三拍、三相单双六拍、三相双三拍等。,“三相”：定子有三相绕组； “单”：同时只让一相绕组通电； “双”：同时有两相绕组通电； “拍”：定子绕组改变一次通电方式； “三拍”：通电三次完成一个循环。,85,（3）工作过程,转子，使转子的位置力图使通电相磁路的磁阻最小，使转、定子的齿对齐停止转动。,A 相通电，A 方向的磁通经转子形成闭合回路。若转子和磁场轴线方向原有一定角度，则在磁场的作用下，转子被磁化，吸引,A 相通电使转子1、3齿和 AA 对齐。,86,f：电脉冲的频率,转速,步进电动机通过一个电脉冲,转子转过的角度,称为步距角。,N： 拍数 Zr：转子齿数,步距角,2.步进电动机的步距角和转速,齿距,
